sábado, 17 de enero de 2015

El enjambre de 1000 robots


A través de comandos, dispositivos autónomos se organizan ellos mismos en vastas y complejas formas

 

foto 1
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Del mismo modo que las células individuales pueden ensamblarse en los organismos multicelulares complejos (foto 1), los Kilobots individuales (foto 2) puede seguir reglas simples para ensamblar de forma autónoma en formas predeterminadas. Dada una imagen de dos dimensiones, los Kilobots forman la misma forma (foto 3).
El primer flash mob 1000-robot ha sido reunido en la Universidad de Harvard.

"Formar una forma de estrella de mar"

Un ingeniero, envía las ordenes a mas de 1024 pequeños bots "de forma simultánea a través de una luz infrarroja. Los robots comienzan a parpadear el uno al otro, y luego poco a poco se organizan en una estrella de cinco puntas.

"Ahora a formar la letra K."

La "K" representa Kilobots, el nombre dado a estas extremadamente simples robots, cada uno a sólo unos centímetros de diámetro, de pie sobre tres patas pinlike. En lugar de un robot de alta complejidad, un "kilo" de robots colaboran, proporcionando una plataforma simple para la promulgación de comportamientos complejos.

Al igual que miles de millones de células individuales se pueden montar en un organismo inteligente, o 1000 estorninos pueden formar una gran nube que fluye a través del cielo, los Kilobots demuestran cómo puede surgir la complejidad de comportamientos muy sencillos realizados en masa. Para los ingenieros, también representan un hito importante en el desarrollo de la inteligencia artificial colectiva (IAC).
Este enjambre auto-organizado fue creado en el laboratorio por Radhika Nagpal y Fred Kavli, ambos profesors de Informática de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard (SEAS) y miembros principales de la facultad en el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente en la Universidad de Harvard, Describen el avance de la siguiente manera.

"La belleza de los sistemas biológicos es que son elegantemente simples - y, sin embargo, en gran número, logran lo que parecía imposible", dice Nagpal. "En algún nivel, ya ni siquiera ves a los individuos; que acabas de ver lo colectivo como una entidad en sí ".

"Colectivos biológicos implican un enorme número de entidades cooperantes - si se piensa en las células o los insectos o animales - que juntos logran una sola tarea que es una magnitud más allá de la escala de cualquier individuo", dijo el autor principal, Michael Rubenstein, investigador asociado en SEAS Harvard y el Instituto Wyss.

Citó, por ejemplo, el comportamiento de una colonia de hormigas guerreras. Al estar vinculadas, pueden formar balsas y puentes para cruzar terrenos difíciles. Amebas sociales hacen algo similar a una escala microscópica: Cuando la comida escasea, se unen para crear un cuerpo fructífero capaz de escapar al medio ambiente local. En las sepia, cambios de color en el nivel de células individuales pueden ayudar a mezclar a todo el organismo en su entorno. (Como Nagpal señala con una sonrisa, todo un banco de peces en la película "Buscando a Nemo" también colaborar cuando forman la forma de una flecha para indicar la direccion hacia la Corriente de Australia Oriental.)

"Estamos especialmente inspirados en los sistemas donde los particulares pueden auto-ensamblarse juntos para resolver los problemas", dijo Nagpal. Su grupo de investigación fue noticia en febrero con un grupo de robots inspirados en las termitas que pueden realizar tareas de construcción colaborativa utilizando formas simples de coordinación.

Sin embargo, el algoritmo que instruye a esos robots TERMES aún no ha sido demostrado en un gran enjambre. De hecho, sólo unos enjambres de robots hasta la fecha han superado los 100 individuos, debido a las limitaciones algorítmicas en la coordinación de un número tan grande, y el costo y la mano de obra involucrada en la fabricación de los dispositivos físicos.

El equipo de investigación se sobrepuso a ambos desafíos a través de un cuidado diseño.

En particular, los Kilobots no requieren microgestión o la intervención una vez se ha entregado un conjunto inicial de instrucciones. Cuatro robots marcan el origen de un sistema de coordenadas. Todos los otros robots reciben una imagen 2-D para imitar y, a continuación, utilizando comportamientos muy primitivos - siguiendo el borde de un grupo, el seguimiento de una distancia desde el origen, y el mantenimiento de un sentido de la ubicación relativa - que se turnan para mover hacia una apropiada posición. Con su co-autor Alejandro Cornejo, un becario postdoctoral en SEAS Harvard y el Instituto Wyss, los investigadores demostraron una teoria matemática de que los comportamientos individuales conducirían al resultado global.  
El Kilobots también puede corregir sus propios errores. Si el tráfico se desordena o un robot se mueve fuera del curso (Los errores se convierten en algo común en grandes grupos) robots cercanos detectan el problema y cooperan para arreglarlo.

Para mantener el bajo coste de los Kilobots, cada robot se mueve usando dos motores de vibración que permiten que se deslice a través de una superficie sobre sus patas rígidas. Un transmisor y receptor de infrarrojos permiten la comunicación con algunos de sus vecinos y medir su proximidad. Pero los robots son miopes y no tienen acceso a una vista de pájaro. Estas decisiones de diseño disponen de compensaciones, explicó Rubenstein.

"Estos robots son mucho más simple que muchos robots convencionales, y como resultado, sus capacidades son más variables y menos fiable", dijo. "Por ejemplo, los Kilobots tienen problemas para moverse en línea recta, y la precisión de la distancia de detección puede variar de robot a robot."

Sin embargo, a escala, el algoritmo inteligente supera estas limitaciones y garantías individuales, tanto física y matemáticamente, que los robots pueden completar una tarea humana especificada, en este caso el montaje en una forma particular. Eso es una demostración importante para el futuro de la robótica distribuida, dice Nagpal.

"Cada vez más, vamos a ver un gran número de robots trabajando juntos, si se trata de cientos de robots cooperantes para lograr limpiar el ambiente y la respuesta rápida al desastre o millones de coches de auto-conducción en nuestras carreteras", dijo. "La comprensión de cómo diseñar 'buenas' sistemas en esa escala será fundamental."

Por ahora, los Kilobots proporcionan un banco de pruebas esenciales para los algoritmos de IA.

"Podemos simular el comportamiento de grandes enjambres de robots, sin esa simulación no podriamos ir tan lejos", dijo Nagpal. "La dinámica del mundo real - las interacciones físicas y variabilidad - hacen una diferencia, y que tienen las Kilobots para probar el algoritmo de robots reales ha ayudado a entender mejor cómo reconocer y evitar los errores que se producen en estas grandes escalas."

El diseño y el software del robot Kilobot, creado originalmente en el grupo de Nagpal en Harvard, se dispone de código abierto para el uso no comercial. Los Kilobots también han sido autorizados por la Oficina de Desarrollo de Tecnología de la Universidad de Harvard a K-Team, un fabricante de pequeños robots móviles.

Esta investigación fue financiada en parte por el Instituto Wyss y por la Fundación Nacional de Ciencia.

Fuente: Fundacion Nacional de las Ciencias.
 La peor traduccion: Carlos David Correa Santillan.

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